气隙对环氧树脂绝缘材料电树枝实验的影响

介绍了环氧树脂电树枝实验中绝缘基座和针—板放电模型试样的制作方法,并引入气隙进行了电树枝实验,结合实验结果进行分析,阐述了气隙对环氧树脂材料绝缘性能的破坏机理。     

机械应力影响环氧树脂绝缘电树枝劣化研究进展

环氧树脂凭借其优异的电气绝缘、耐热与机械性能以及良好的可塑性,被广泛应用于支撑绝缘子、绝缘拉杆等电气设备绝缘部件。随着电气设备电压等级的提高,环氧树脂绝缘部件运行工况日趋严苛,机械应力带来的绝缘失效问题更为突出。根据国内外参考文献,文中综述了机械应力下环氧树脂电树枝劣化引发绝缘击穿现象的研究进展。根据环氧树脂承受应力的不同,介绍了拉伸、压缩应力下电树枝生长的形貌特征,总结了温度工况下机械应力对电树枝生长的影响规律。基于环氧树脂分子链的物理微观结构与电荷输运特性,从能量角度探讨了绝缘材料在机械应力下的电树枝劣化机理。阐述了电气设备环氧绝缘部件的电树枝研究的关键问题与解决思路,为开发高绝缘性能的环氧树脂绝缘材料提供了参考。     

环氧树脂绝缘电树枝劣化研究进展

环氧树脂因具有优良的耐热性、机械强度、电气绝缘性能和良好的可加工性而广泛应用于电工装备绝缘的浇注、浸渍和封装等领域.该文根据国内外参考文献综合论述了由环氧树脂绝缘电树枝劣化引起的绝缘击穿现象.基于环氧树脂空间电荷集聚与迁移、局域电场形成、紫外辐射和机械应力断链理论,阐述了环氧树脂电树枝引发机理和劣化过程.结合电气设备运...     

直流-温度复合场下环氧树脂内电树枝生长特性研究现状

本文介绍了直流复合场对电树枝生长特性的影响规律,综述了温度和电场耦合条件下电荷输运对电树枝劣化的影响机理及环氧树脂纳米复合电介质电气性能的研究进展.     

纳米MgO/环氧树脂复合材料的陷阱特性及对电树枝特性的影响研究

随着电压等级的不断提升,因电树枝老化而导致的绝缘材料失效问题日益严重。为研究纳米MgO对环氧树脂电树枝老化的影响,制备了不同MgO填充量（质量分数0～1%）的纳米MgO/环氧树脂复合材料,对其电树枝的起始和生长过程进行观测。结果表明,在微量填充下,纳米MgO/环氧树脂复合材料的耐电树枝性能随填充量的增加而提高。当纳米MgO质量分数为1%时,纳米MgO/环氧树脂复合材料的起树概率降低了45%、电树枝长度降低为纯环氧树脂的1/3、交流击穿场强提高了14.1%。由介电特性和陷阱特性分析可得,随填充量的增加,复合材料的介电常数减小,陷阱能级加深。纳米MgO的加入提高了复合材料的陷阱能级,降低了载流子的迁移率和浓度,进而提高了纳米MgO/环氧树脂复合材料的耐电树枝性能。     

衣康酸基环氧树脂与双酚A环氧树脂的电树枝特性对比

衣康酸基环氧树脂(EIA)是利用可再生资源衣康酸制备的环保型环氧树脂,具备应用于电工绝缘材料的前景。为此,探索了EIA的电树枝引发及生长特性,并与常规E-51型环氧树脂(EP)进行了对比研究。通过试验观测了工频电压下两种树脂中电树枝的引发特性以及12 kV和14 kV下的电树枝生长情况,并采用分子动力学模拟(MD)方法建立了EIA和EP的交联结构模型并计算了其微观结构参数以分析其分子结构对其耐电树枝特性的影响机理。试验及MD仿真结果表明,EP树脂存在庞大的苯基链结构,限制了聚合物主链的旋转或移动,自由体积较小,导致其电树枝引发电压较高,但电树枝主要以枝状电树枝为主,后续生长较为迅速;相对而言,EIA树脂分子交联模型为柔性长链结构,自由体积占比较大,其电树枝引发电压较低且引发后短时间内增长较快,但其电树枝主要以丛状电树枝为主,后续生长缓慢。     

微/纳米氧化铝/环氧树脂复合材料抑制电树枝生长能力的研究

为研究微、纳米氧化铝无机颗粒对环氧树脂抑制电树枝生长能力的影响,制备出了不同含量微、纳米氧化铝/环氧树脂复合材料。通过针板电极进行局放实验,观察环氧复合材料电树生长分布情况,研究了微、纳米无机颗粒对复合材料抑制电树生长能力的影响。实验结果表明,微米氧化铝显著增强了环氧树脂的抑制电树枝生长能力,而纳米氧化铝对环氧树脂的抑制电树枝生长能力影响不大。当微、纳米氧化铝颗粒含量增加时,复合材料的抑制电树枝生长能力逐渐增强。当微米氧化铝颗粒含量达到20wt%时,微米氧化铝/环氧树脂复合材料的抑制电树枝生长能力是纯环氧的1.8倍。     

环氧树脂中电树枝生长特性及其动力学模型的实验验证

研究了不同外施工频电压下环氧树脂绝缘中的电树枝结构、生长的特性,并用Ding等提出的模型解释了电树枝的发展过程,模拟了其生长曲线。结果表明:在同一电压下,环氧树脂中电树枝的生长速度基本为恒定值,随外施电压的升高,电树枝分枝变少,生长速度基本呈指数增加,且利用模型模拟的生长曲线与实验测试的结果吻合,最后讨论了模型的物理基础。     

温度对硅橡胶电树枝老化特性的影响

电缆系统运行温度对新型超高压预制式电缆附件主绝缘材料高温硫化(HTV)硅橡胶的性能具有重要的影响。为此,针对温度对HTV硅橡胶材料电树枝老化特性的影响展开了试验研究,测定了温度对HTV硅橡胶材料电树枝老化特性的影响规律,并对试验结果进行了理论分析。研究结果表明,在试验温度范围内,温升导致HTV硅橡胶击穿场强呈现略微下降的趋势,而起树电压则随温度的升高明显下降。试验中还发现HTV硅橡胶电树枝形态与温度密切相关,室温条件下以树枝状和松枝状电树枝为主,而高温下则以丛状电树枝为主。对上述试验结果的分析讨论后认为,温升引起HTV硅橡胶起树电压的大幅降低是导致新型预制式硅橡胶超高压电缆附件绝缘故障频繁的重要原因,因此,在电缆附件的绝缘结构设计时,对于温度变化而引起材料电气性能参数变化的相关问题应给予更多的关注。     

环氧树脂在低温环境下的电树枝生长特性EI北大核心CSCD

电树枝老化是导致电缆附件绝缘性能下降的重要原因。为解决该问题,重点研究了高温超导电缆终端环氧树脂绝缘材料在低温条件下的电树枝生长特点。分别在30、-30、-60、-90、-120、-196℃环境下进行实验,采用针-板电极对试样施加正极性脉冲电压,电压幅值为10、12、14 k V,频率为300、400、500 Hz。实验结果表明,低温下环氧树脂会产生2种结构的电树:树枝状和树枝-松枝混合状。低温对环氧树脂中电树枝的生长有抑制作用;然而一旦电树枝产生,低温下材料的劣化区域增加,从而对材料造成严重破坏。低温环境下脉冲电压的幅值和频率对电树枝生长的影响与室温时相似,增加脉冲幅值和频率均会加速电树枝的发展。     

不同填料浓度下环氧树脂基纳米二氧化硅复合材料中电树枝生长特性

为研究纳米填料不同质量分数下环氧树脂复合材料中电树枝的引发、生长特性以及结构特征,采用无局放升压变压器和实时显微观测装置,在工频电压20 kV下进行电树枝的引发和培育实验,纳米二氧化硅的质量分数分别为0.5%、1%和2.5%。研究发现,纳米二氧化硅在质量分数为0.5%时,电树枝的引发时间明显延长,生长速率显著下降;质量分数在1%时,环氧树脂抗电树枝生长能力达到最佳,并且电树枝结构多为复杂的丛-枝状型,与纯环氧树脂相比,电树枝主干颜色要浅,发展机理也有较大差异;质量分数为2.5%时,电树枝生长速率较1%加快,形状为复杂的枝-丛状。最后从纳米颗粒与环氧树脂基体形成的界面区出发,分析纳米颗粒抑制电树枝生长的机理。     

重复脉冲电压频率对环氧树脂电树枝引发特性的影响

在不同幅值和频率的重复脉冲电压下,研究了环氧树脂电树枝的引发特性,并与相同幅值和频率的正弦电压下的电树枝引发特性进行对比。结果表明:当电压幅值和频率相同时,重复脉冲电压下电树枝的引发概率和生长长度约为正弦电压下的3倍,正弦电压多引发单枝电树枝,而重复脉冲电压下电树枝引发速度更快且为多枝形态。当重复脉冲电压幅值或者频率升高时,电树枝更易生长,电树枝主干变粗。与相同频率和幅值的正弦电压下相比,重复脉冲电压下电树枝引发受直流电压平稳过程和上升、下降时间处极性翻转的共同作用,直流电压平稳过程会注入更多高能电荷,极性翻转过程中电荷脱陷更快,分子链更易断裂,导致重复脉冲电压对绝缘的损伤比正弦电压更为严重。     

高温下110kV交联聚乙烯电缆电树枝生长及局部放电特性

利用实时显微数字摄像与局部放电连续测量系统,采用典型针-板电极结构,研究了高温下不同外施工频电压作用时110kV级交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘中典型电树枝的形态特征、引发、生长规律及其局部放电特性。实验结果表明,温度对XLPE电缆绝缘中典型电树枝的形态、引发与生长时间具有非常重要的影响。在高温下,不同外施工频电压作用时电树枝的形态呈现出多样性的特点,50°C下典型电树枝形态为枝状、枝-松枝状和丛状,70°C下为枝状,90°C下为滞长型和枝状。高温下电树枝引发时间随外施电压升高而减小,而且在同一外施电压下,电树枝引发时间随温度升高而减小,这是由于在高温下XLPE电缆绝缘中片晶熔化,无定形相增加,介质中自由体积扩大,从而更有利于电树枝引发。研究发现在低电压(9kV)下,电树枝生长过程中由于通道电导率增加而抑制了通道内局部放电的发展,局部放电作用减小,电树枝生长速度减慢,分形维数较高;而11kV以上电压作用时,电树枝在局部放电的连续作用下呈枝状向对面电极快速生长,同时高温下XLPE弹性模量下降,击穿场强降低,局部放电作用加剧,电树枝生长明显加速,电树枝分形维数较低。     

XLPE电缆绝缘中的电树枝结构及其生长特性

为研究不同频率下半结晶XLPE电缆绝缘材料中的电树枝引发、生长及结构特征,系统的归纳了XLPE电缆绝缘中可能出现的电树枝特征及其与材料聚集态和残存应力的关系;采用变频高电压发生器、实时显微数字摄像技术及专用试样加工工艺,进行了大量的电树枝培养实验。实验研究发现,由于半结晶高聚物的不均匀结晶和电缆生产过程中在绝缘层中产生的残存应力的影响,使得50Hz施压频率下XLPE电缆绝缘试样中会生成枝状、枝状与丛林混合状及纯丛林状3类电树枝,而>500Hz高频下则只能生成稠密枝状电树枝,它们分别对应于不同的生长机理。低频下电树枝生长特性和电树枝结构与材料的聚集态密切相关,而高频下则关系不大。分形分析这些电树枝的结构后发现,电树枝的生长特性与其分形维数及其分形维数的变化有对应关系,故可用分形维数分类和定量描述这些电树枝.最后探讨了几种不同结构电树枝的生长机理。     

硅橡胶中局部放电发展与电树枝生长的关系研究

研究硅橡胶中电树枝化微观物理过程与局部放电宏观表征之间的关系,能够为基于局部放电严重程度在线评估电缆中间接头的绝缘状态提供理论依据。制备了带有缺陷的硅橡胶切片试品,在逐级升压过程中实时测量了硅橡胶绝缘劣化起始直至击穿全过程中的电树枝照片和局部放电信号,生成了电树枝面积和单位时间内局部放电能量随时间的变化曲线,阐述了两条曲线之间的对应关系。基于电树枝面积曲线的变化规律,将电树枝生长全过程划分为引发及生长、滞长、快速生长共计3个阶段,讨论了各阶段电树枝的生长模式;基于局部放电能量的发展变化规律,将局部放电发展全过程划分为5个阶段,得到了各阶段局部放电相位特征谱图,提取了灰度图空穴面积和局部放电相位宽度作为表征局部放电严重程度的特征量。研究结果表明,电树枝面积曲线和局部放电能量曲线的发展趋势具有高度的一致性,电树枝生长的3个阶段分别对应于局部放电发展的1-2阶段、3阶段以及4-5阶段,从而建立了硅橡胶劣化微观物理过程和局部放电宏观表征之间的关系,为电缆中间接头绝缘状态的在线评估奠定了基础。     

芳香族化合物含量对交联聚乙烯绝缘电树枝及局部放电特性的影响

为研究芳香族化合物(aromatic compounds,ACs)添加剂含量对交联聚乙烯(cross-linked polyethylene,XLPE)绝缘电树枝劣化与局部放电特性的影响,制备了含有不同含量ACs添加剂的XLPE绝缘,探究了其在交流电压下电树枝生长形貌与局部放电特性。研究结果表明：ACs添加剂减弱了XLPE绝缘局部放电强度,抑制电树枝生长速率,增强绝缘耐电树性能,提升工频击穿场强;但过高的含量会使XLPE绝缘耐电树特性和击穿场强均出现下降趋势。基于密度泛函理论计算了ACs添加剂的静电势分布与激发态能级,表明此类添加剂利用局部放电产生的紫外波段能量引发夺氢反应,促进绝缘低密度区内的聚乙烯分子链进行再交联反应,形成网状分子链结构,阻止绝缘低密度区扩大,进而抑制绝缘电树枝劣化。     

针尖曲率半径对硅橡胶电树枝老化特性的影响

针对硅橡胶材料电树枝老化特性展开了试验研究。采用针板电极结构,测量了不同针尖曲率半径的起树电压和电树枝形态。结果表明,硅橡胶的起树电压较低,抗电树枝老化性能较差,导致了硅橡胶预制式电缆附件故障频发;硅橡胶中的起始电树枝多以单枝状的通道形成为标志,随后发展为4种不同的电树枝形态。进而提出了硅橡胶电树枝形态发展模型,并以此讨论了不同形态的电树枝老化特性。研究还发现,现场实际运行的硅橡胶预制式电缆附件故障解体后发现了单枝通道起始电树枝,其在运行电压作用下容易发展为细枝型形态,但同样会引发电缆附件的击穿。试验结果为现场故障分析提供了参考依据。     

纳秒脉冲下有机玻璃电树枝老化特性研究

介绍了有机玻璃(PMMA)在纳秒脉冲作用下电树枝引发和生长的规律现象。采用压紧针电极与绝缘样品接触、多针并列式的方法制备实验试样,绝缘样品(有机玻璃)加工为120mm×5mm×2.5mm的长方条。实验使用产生30ns上升沿和70ns脉冲宽度的负脉冲固态纳秒脉冲发生器MPC50D作为激励源,在25℃的条件下,施加100Hz的重复频率脉冲,设定初始电压,逐级升压,直至引发电树枝后停止升压,记录电树枝引发电压,观察电树枝生长特点及现象。实验发现PMMA中电树枝出现裂隙状破坏,经过分析讨论,认为是力作用导致的结果。实验中还观察到电树枝生长速度极快的现象,从电树枝引发到击穿只需几秒钟。通过研究证明绝缘油浸入导致了电树枝生长加速,深入讨论分析了绝缘油浸入促进电树枝快速发展的原因、机理及抑制方法。     

基于微逾渗理论的电树枝引发和生长特性

为研究绝缘介质内电树枝的引发与生长机理,该文提出微逾渗理论,进而建立电树枝的微逾渗模型,并利用环氧树脂CY1311的数值模拟与实测结果进行了有效性验证。数值模拟结果显示,微逾渗模型针对环氧树脂CY1311在7、10和15kV下的电树枝仿真图像与实验结果非常贴近,且7、10kV时数值模拟结果的分形维数与实验结果间的最大误差仅为5.8%。结果表明,在工频电压作用下,由针尖注入的电子增加了微区域的键逾渗概率,以及热电子对聚合物分子链的撞击,二者共同引发电树枝,并形成绝缘失效区;而邻近微区域中高能电子的冲击可进一步确定电树枝的生长方向。进一步地,外加电压与温度的升高均会增大微逾渗概率。所得结果有助于从微观层面理解电树枝的引发及生长过程,为探究电树枝的抑制措施提供参考。